En aeronáutica, la propulsión distribuida es una disposición en la que los flujos de aire propulsores y relacionados se distribuyen sobre las superficies aerodinámicas de una aeronave. El objetivo es mejorar la eficiencia aerodinámica, propulsora y/o estructural de la nave con respecto a un diseño convencional equivalente.
Los beneficios previstos incluyen una mayor eficiencia del combustible , emisiones, ruido, longitud del campo de aterrizaje y manejo.
La propulsión distribuida se puede lograr mediante la distribución a lo largo del ala de múltiples motores pequeños o ventiladores parcial o totalmente integrados. Alternativamente, puede implicar canalizar los gases de escape a lo largo de todo el borde de fuga del ala.
La propulsión distribuida en un avión se caracteriza típicamente no sólo por la naturaleza distribuida del empuje propulsor sino también por la utilización del efecto que esto tiene sobre la aerodinámica del avión. [1] Los flujos de aire propulsores se distribuyen sobre las superficies aerodinámicas de la nave, generalmente en forma de envergadura sobre un ala fija. Estos flujos pueden interactuar con otro aire que fluye sobre el ala y afectar sustancialmente la aerodinámica . Sin embargo, no existe una definición formal aceptada. [2] [3]
Se han identificado tres clases amplias de sistemas de propulsión distribuida: [3]
Además de proporcionar propulsión, se han estudiado disposiciones de propulsión distribuida con vistas a proporcionar diversas funciones aerodinámicas. Estos incluyen: [4]
Se han identificado varias áreas en las que la propulsión distribuida puede ofrecer beneficios sobre los diseños convencionales. [1] Estos incluyen eficiencia de combustible, reducción de ruido, ascensos pronunciados para despegues y aterrizajes cortos (STOL), enfoques de control novedosos (en particular, eliminando superficies de control para momentos de balanceo, cabeceo y guiñada) y altas relaciones de derivación. También se ha sugerido que los propulsores más pequeños serán más baratos de fabricar y más fáciles de manejar durante el montaje y el mantenimiento. [2]
La estrategia de unidades de propulsión múltiples implica tres o más unidades de propulsión. Estas unidades están dispuestas en configuraciones de Líder o Seguidor. Se clasifican en cinco clases de intensidad (A – E) y tres categorías de relación empuje-peso (I-III). Pueden disponerse dentro/arriba/alrededor o a través de las alas/fuselaje(s) o estructura del avión. [ cita necesaria ]
Las disposiciones líderes emplean unidades de propulsión para generar empuje directamente, es decir, motores distribuidos. La disposición del seguidor utiliza unidades de propulsión secundarias, como múltiples ventiladores impulsados por un solo motor. En este último caso, la transmisión de potencia entre los ventiladores y los motores puede realizarse mediante conductos de gas caliente, engranajes mecánicos o líneas de alimentación eléctrica. [ cita necesaria ]
La propulsión eléctrica distribuida (DEP) comprende múltiples ventiladores o hélices pequeños accionados por motores eléctricos. Normalmente, cada propulsor individual es impulsado directamente por su propio motor eléctrico, relativamente pequeño y liviano. La energía eléctrica puede ser proporcionada por cualquier fuente adecuada. [5]
Las ventajas de la propulsión distribuida para aviones ligeros y de alta relación de aspecto propulsados por energía solar se ejemplifican en los proyectos AeroVironment HALSOL/Pathfinder / Helios , iniciados en 1983, y el X-HALE de la Universidad de Michigan, en funcionamiento alrededor de 2012. [6] Los motores eléctricos a lo largo del tramo pudieron controlar cómo se flexionaba la estructura del avión en vuelo, lo que permitió que la estructura fuera mucho más liviana que el equivalente rígido convencional. [3]
Cuando se distribuyen unidades de propulsión pesadas a lo largo de un ala, esto permite aligerar la estructura del ala. Sin embargo, su peso y empuje pueden interactuar con la tendencia natural del ala a flexionarse bajo cargas variables ( aeroelasticidad ). Esto puede causar problemas; por ejemplo, fue una de las principales causas del accidente del avión de investigación Helios de la NASA . Una solución investigada es el uso de controles aeroelásticos activos para corregir o incluso aprovechar la flexión del ala durante el vuelo. [7]
Las instalaciones multimotor han sido una característica de los aviones desde la introducción del Sikorsky Ilya Muromets poco antes de la Primera Guerra Mundial. Sin embargo, la mayoría no modifica significativamente el flujo de aire sobre las alas y no siempre se tratan como propulsión distribuida.
En 1963, el avión de investigación Hunting H.126 se construyó para investigar el uso directo de un flap de propulsión para propulsión, mientras que el hidroavión ShinMaywa US-2 de 2003 utilizó flaps soplados para mejorar el rendimiento de despegues y aterrizajes cortos (STOL) y posteriormente entró en producción. . [3]
FanWing comenzó a desarrollar el ventilador de flujo cruzado como un sistema combinado de elevación y propulsión en 1997 y durante los años siguientes voló varios modelos y drones de investigación. Investigaciones posteriores en los EE. UU. se centraron en el uso de un ventilador de flujo cruzado insertado en el borde de salida superior del ala, como motor principal para el control de la capa límite y la propulsión de los flaps del jet. [2]
Más recientemente, varios proyectos de vehículos aéreos no tripulados (UAV) han explorado el potencial de la propulsión distribuida para ofrecer reducción de ruido, eficiencia de combustible y rendimiento en campos cortos. A partir de 2022, la NASA está desarrollando un X-plane tripulado , el X-57 Maxwell, y varios prototipos de un avión ligero, el Lilium Jet , han volado en Alemania.